莫志藝

（南昆鐵路南百段增建二線工程建設(shè)指揮部，工程師 廣西 南寧 530000）

柳州至南寧段電氣化改造工程無線通信系統(tǒng)采用鐵路專用移動通信GSM-R 系統(tǒng)單層網(wǎng)結(jié)構(gòu)覆蓋方案。網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)利用柳南城際客專在南寧設(shè)置的GSM-R核心網(wǎng)交換中心設(shè)備，利用既有基站控制器BSC、TRAU 設(shè)備及無線子系統(tǒng)網(wǎng)管終端（OMC-R）設(shè)備，新設(shè)OMC-T 設(shè)備，對既有BSC/PCU 等設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)容，以滿足該線路基站接入的需求。在基站子系統(tǒng)中，采用普通單層網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式，不傳送列車運(yùn)行控制信息，列尾風(fēng)壓數(shù)據(jù)、告警等信息。該線路在與柳南城際鐵路并行地段，地形較好兩條線路相距較近地段，利用柳南城際鐵路工程建設(shè)的GSM-R無線網(wǎng)絡(luò)對本線進(jìn)行無線覆蓋，同時滿足各線行車指揮無線通信需要。

1 應(yīng)用GSM-R技術(shù)的意義與方式

經(jīng)過十多年的技術(shù)發(fā)展，GSM-R是在GSM蜂窩系統(tǒng)上增加了調(diào)度通信功能和適合高速環(huán)境下使用的要素組成，能滿足國際鐵路聯(lián)盟提出的鐵路專用調(diào)度通信要求的技術(shù)。由于GSM-R 可實(shí)現(xiàn)跨越國界的高速和一般列車之間的通信；能將現(xiàn)有的鐵路通信應(yīng)用融合到單一網(wǎng)絡(luò)平臺中，以減少集成和運(yùn)行費(fèi)用；而且由于GSM-R是由已標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備改進(jìn)而成，GSM 平臺上已經(jīng)提供了大量的業(yè)務(wù)，因而引入鐵路專用的功能時只需最低限度地改動，故能保證價格低廉、性能可靠地實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行；添加了增強(qiáng)的語音呼叫業(yè)務(wù)特性，能靈活地提供專網(wǎng)中所需的語音調(diào)度服務(wù)如VBS、VGCS和eMLPP，因此GSM-R是面向未來的技術(shù)，它將從廣闊的GSM 公網(wǎng)市場和GSM 技術(shù)的不斷演進(jìn)中獲益，具有巨大的發(fā)展空間。GSM-R 在歐洲取得巨大的成功，目前超過30個鐵路公司已承諾在其國際路網(wǎng)中使用該技術(shù)。GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GSM-R網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.1 建設(shè)GSM-R 的必要性 一是滿足鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)指揮手段現(xiàn)代化的需要。替代目前各種分散的無線通信系統(tǒng)，成為鐵路綜合移動通信平臺實(shí)現(xiàn)了調(diào)度、編組場、區(qū)間、公務(wù)、工程施工、應(yīng)急搶險等需要的移動通信功能解決了450 MHz模擬無線通信系統(tǒng)存在的問題。二是滿足信號控制技術(shù)現(xiàn)代化的需要。以分散自律調(diào)度集中（CTC）和中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（CTCS）為代表的現(xiàn)代化信號系統(tǒng)，都將基于移動通信平臺實(shí)現(xiàn)車-地雙向數(shù)據(jù)傳輸。提供列車診斷信息傳輸、移動互聯(lián)網(wǎng)接入、信息廣播、車輛跟蹤、移動售票、旅客信息服務(wù)等各種新興業(yè)務(wù)的承載平臺。有利于提高鐵路運(yùn)輸效率、增加服務(wù)項(xiàng)目、提高服務(wù)質(zhì)量。

1.2 GSM-R 的組網(wǎng)方式 對于運(yùn)送旅客的高鐵列車，運(yùn)行安全是首要目標(biāo)。尤其對于時速300km/h及以上客運(yùn)專線較普速鐵路在列車控制、調(diào)度通信等業(yè)務(wù)應(yīng)用方面對無線通信系統(tǒng)的場強(qiáng)覆蓋、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性要求更高，GSM-R無線系統(tǒng)的設(shè)計要充分考慮這些因素，合理布站。一般有三種無線規(guī)劃方案：

1）單網(wǎng)交織冗余覆蓋。圖2為單網(wǎng)交織冗余示意圖。

圖2 單網(wǎng)交織冗余示意圖

特點(diǎn)是交織站址冗余覆蓋中的冗余基站位于原來兩個連續(xù)的基站之間，提供無線冗余覆蓋。每個基站有獨(dú)立的機(jī)房、鐵塔和天線系統(tǒng)，所有基站受一個BSC控制。其優(yōu)點(diǎn)是BTS冗余，中等成本；缺點(diǎn)是除某個BTS 故障，其他基站子系統(tǒng)設(shè)備（如BSC）出現(xiàn)故障時網(wǎng)絡(luò)不提供冗余；對服務(wù)質(zhì)量有一定影響（切換數(shù)量增加）；較低的頻率利用率（高重疊區(qū)域）；基站站址和安裝成本增加（需要較多的站址）；中等無線參數(shù)設(shè)置復(fù)雜度加大。

2）雙層網(wǎng)覆蓋（主要有同站址雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋和交織雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋），分述如下。本文只介紹同站址雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

（1）同站址雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋。圖3 為同站址雙層覆蓋示意圖。

圖3 同站址雙層覆蓋示意圖

其特點(diǎn)是在鐵路沿線上，同一地點(diǎn)設(shè)置兩套BTS，兩套BTS 相對獨(dú)立，有各自的傳輸，電源等設(shè)備，但機(jī)房、鐵塔共用。每一層網(wǎng)絡(luò)各由一套BSC控制，形成雙層無線覆蓋。優(yōu)點(diǎn)是全系統(tǒng)冗余；較低的站址要求（機(jī)房、鐵塔共用）：缺點(diǎn)是投資較高；無線參數(shù)設(shè)置較為復(fù)雜；某地發(fā)生災(zāi)害(火災(zāi)、洪水、閃電等)，該處同一站址的兩個基站都會損壞，造成該區(qū)域內(nèi)無法進(jìn)行業(yè)務(wù)。

（2）交織雙層網(wǎng)絡(luò)覆蓋。其特點(diǎn)是在鐵路沿線上，兩套BSC下的BTS交錯分布，形成雙層交織冗余的方式覆蓋同一區(qū)域。優(yōu)點(diǎn)是全系統(tǒng)冗余；即使某一站址出現(xiàn)問題，仍可提供服務(wù)。缺點(diǎn)是投資最高；頻率使用率低；無線參數(shù)設(shè)置困難；需要較多站址。

經(jīng)過調(diào)研比選論證，柳南鐵路電氣化改造采用的是單層交織用于覆蓋的組網(wǎng)方式。

2 GSM-R技術(shù)在柳南電改上的應(yīng)用

2.1 工程概況 柳南電氣化改造工程采用GSM-R移動通信系統(tǒng)，新建GSM-R 無線通信系統(tǒng)，完成調(diào)度通信、調(diào)度命令信息及無線車次號校核信息傳送等功能。同時滿足各線行車指揮無線通信需要。

在沿線車站新設(shè)BTS（與柳南城際鐵路并行地段，利用柳南城際鐵路工程建設(shè)的GSM-R 無線網(wǎng)絡(luò)）車站基站均按照O3 型BTS 設(shè)置，區(qū)間根據(jù)場強(qiáng)覆蓋需要設(shè)置O2型BTS。全線共設(shè)置BTS 32處，其中O2型22處，O3型10處。

弱場區(qū)采用光纖直放站結(jié)合漏泄同軸電纜、天線的方案進(jìn)行覆蓋。光纖直放站近端機(jī)與遠(yuǎn)端機(jī)間通過新鋪設(shè)8 芯光纜，采用星型相結(jié)合的方式連接。漏泄同軸電纜采用在鐵路弱電側(cè)鋪設(shè)的方式。為減少弱場區(qū)設(shè)備數(shù)量，本工程漏纜采用1-5/8”型號。圖4為工程組網(wǎng)示意圖。

圖4 工程組網(wǎng)示意圖

該工程并行線路中柳州進(jìn)德至黎塘區(qū)段利用柳南客專GSM-R 基站覆蓋與該線交叉、并線區(qū)域，共利用既有柳南客?；?0座進(jìn)行信號覆蓋，其他區(qū)域由本線新設(shè)基站覆蓋。

2.2 電改工程GSM-R 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的優(yōu)點(diǎn) 柳南鐵路電氣化改造無線通信工程是全路第一條利用既有客專GSM-R基站覆蓋與改造線共、并線的部分區(qū)域的系統(tǒng)。該線路的測試結(jié)果可以為其他線路提供技術(shù)參考。

由于地形、地質(zhì)等客觀因素的影響，既有柳南客專與電氣化改造線路距離過近，如果不利用既有客?；具M(jìn)行信號覆蓋，而采取新建基站進(jìn)行信號覆蓋，必將導(dǎo)致新建基站與既有基站之間無線信號相互干擾，無線頻點(diǎn)規(guī)劃難以規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化難以實(shí)施。

由于柳南電氣化改造線路部分區(qū)域使用柳南客專既有的基站進(jìn)行信號覆蓋，使得網(wǎng)絡(luò)資源盡可能的得到充分利用，整線的頻點(diǎn)規(guī)劃相對較為容易合理規(guī)劃。

2.3 并線區(qū)段無線通信優(yōu)化 由于柳南客運(yùn)專線與湘桂線柳州至南寧電氣化鐵路線路相距較近，因此本方案利用柳南客專GSM-R 基站信號覆蓋本線共、并線區(qū)域。共利用既有柳南客專基站10 座，其他區(qū)域由本線新設(shè)基站覆蓋，設(shè)計采用GSM-R系統(tǒng)單層網(wǎng)結(jié)構(gòu)覆蓋方案。

并線區(qū)段利用柳南客專基站對柳南電改線路覆蓋的優(yōu)點(diǎn)分析：

1）通過柳南電化指揮部對電力、房建、征地、通信各專業(yè)投資概算分析，每座基站需投資150 萬元左右（前提條件是征地和賠償均順利），擴(kuò)容和接入基站控制器BSC 需投資200 萬元左右，全線10 座基站和BSC 共約節(jié)省投資1700 萬元，提高了工作效率，減少了要天窗點(diǎn)等作業(yè)時間，減少了上報審批相關(guān)部門配合等環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2）共線、并線、交叉線路區(qū)段如果不利用相鄰線路的既有客專基站進(jìn)行信號覆蓋，而采取新建基站進(jìn)行信號覆蓋，那么帶狀分布的線路兩側(cè)將布滿基站設(shè)備，頻點(diǎn)資源占用非常嚴(yán)重，若是CTCS-3等級線路或者是雙網(wǎng)交織、單網(wǎng)交織覆蓋的方案，那么后期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段將難以實(shí)施，增大了后期網(wǎng)優(yōu)難度。

3）并線區(qū)段合理的設(shè)備布置有利于編號方案的實(shí)施，最大限度的減少同頻干擾和鄰頻干擾，使線路切換關(guān)系更為清晰，頻點(diǎn)規(guī)劃更為合理。

3 電改工程GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的思考

由于地理環(huán)境較為復(fù)雜，再加上柳南客?；疚恢靡呀?jīng)固定，本著對柳南客專無線G 網(wǎng)運(yùn)行安全的考慮，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的前期勘查設(shè)計工作必須認(rèn)真細(xì)致，綜合考量，以盡可能減少信號覆蓋弱場區(qū)。柳南電氣化改造工程柳州進(jìn)德至黎塘區(qū)段利用柳南客專GSM-R基站覆蓋，弱場區(qū)采用光纖直放站結(jié)合漏泄同軸電纜、天線的方案進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)覆蓋。其他區(qū)域由本線新設(shè)基站覆蓋。在工程建設(shè)過程及網(wǎng)優(yōu)過程來看，有以下幾點(diǎn)值得思考：

1）在建設(shè)施工實(shí)施過程中，各參建單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計意圖按照施工圖紙施工，施工單位不應(yīng)對設(shè)計聯(lián)合勘定的基站、直放站地址隨意挪動。在網(wǎng)優(yōu)階段發(fā)現(xiàn)，因施工現(xiàn)場阻工，施工單位對LJ-PT01（K619+000）基站位置往山體轉(zhuǎn)彎角處挪動200米左右，導(dǎo)致平塘向柳州方向信號覆蓋弱場不達(dá)標(biāo)，經(jīng)網(wǎng)優(yōu)仿真確定利用K 621+320 處已廢棄的既450 MHz區(qū)間中繼房，在該處新設(shè)光纖直放站遠(yuǎn)端機(jī)設(shè)備進(jìn)行弱場補(bǔ)強(qiáng)覆蓋。

柳南電氣化改造K 754+240處LL-YN04基站由于征地困難，施工單位為方便施工擅自挪動了基站的位置，導(dǎo)致山體阻擋和江水水域的存在減少了信號衰耗導(dǎo)致相鄰基站之間信號頻繁切換。將LLYN05(K 759+100)柳州方向天線調(diào)至25 度，LLYN04（K 754+240）南寧方向天線調(diào)至285 度后解決。

2)該工程利用既有柳南客?；緦﹄娀脑炀€路進(jìn)行信號覆蓋，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化階段會發(fā)現(xiàn)柳南電化改造的無線GSM-R網(wǎng)信號確實(shí)對柳南客專GSM-R網(wǎng)還是存在著或多或少的干擾影響的，在協(xié)調(diào)兩張網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化過程中，我們又需確保優(yōu)化調(diào)試柳南電化改造線無線網(wǎng)絡(luò)的時候盡可能不會影響柳南客專無線網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，這給電化改造線的網(wǎng)優(yōu)增加了不少難度，為確保柳南客專的安全運(yùn)用不受影響，同時減少施工要點(diǎn)難度及施工方案報批，我們采用在并線段既有柳南客專的基站上增設(shè)天線、調(diào)整天線俯仰角和水平角度和增建低強(qiáng)度信號直放站進(jìn)行信號覆蓋。

來賓北基站至JD-LLB09 有弱場及乒乓切換，該區(qū)段分別是由柳南客專的JD-LBB09與LaiBinBei基站天線旁瓣覆蓋柳南既有線，考慮到柳南客專既有天線朝向主要覆蓋的是柳南客專線，柳南電改既有線為客專旁瓣天線覆蓋，因此信號較差，若調(diào)整客專天線方向角,可能將影響客專的覆蓋，同時增加對柳南客專的優(yōu)化工作。后經(jīng)各參建單位及路局相關(guān)部門研究后，決定在來賓北基站和JD-LLB09 既有客?；净A(chǔ)上各增加一副方向角朝向柳南電改線天線解決。

在柳州至南寧下行方向LB-LJ01（K 608+750）基站所接漏纜在隧道外有500 m左右的弱場區(qū)域,最低電平達(dá)到-103 dBm.通過在柳南客專LBBHJZXLS02 既有基站上增加一副天線朝向柳南電改既有線路，在柳南電化改造線LB-LJ01 基站鏈接的漏纜末端增加定向天線覆蓋弱場解決。

3）對于樞紐鐵路線路交匯處，各路局應(yīng)提前統(tǒng)籌規(guī)劃整合好樞紐區(qū)域頻點(diǎn)資源和頻點(diǎn)分配規(guī)劃。由于黎塘樞紐地區(qū)位于南廣客專、柳南客專、黎湛電氣化改造工程，柳南電氣化改造工程無線GSM-R網(wǎng)的交匯處，該區(qū)域包含7 座隸屬不同線路的基站，LITANG 基站至HJZXLS-BY01 基站區(qū)間載干比小于9，存在干擾信號,網(wǎng)優(yōu)過程中發(fā)現(xiàn)通話中斷，LiTang 基站柳州方向乒乓切換等問題。

后按樞紐地區(qū)頻率配置方法采用面狀復(fù)用方式進(jìn)行配置頻點(diǎn)，并為黎湛鐵路電氣化改造線的引入預(yù)留接入頻點(diǎn)，在通過動態(tài)測試并具備運(yùn)營開通條件后，再行輸入正式工作頻點(diǎn)解決。

4）目前，鐵路總公司對GSM-R網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)收指標(biāo)是以動車速度（250 km/h）和高鐵速度（350 km/h）為標(biāo)準(zhǔn)的。而電氣化改造線路及新建、增建普鐵線路的列車運(yùn)行速度遠(yuǎn)達(dá)不到上述標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行速度的不同將影響切換、成功率等多項(xiàng)指標(biāo)。同時，在網(wǎng)優(yōu)階段容易導(dǎo)致設(shè)備管理單位及參建單位對所依據(jù)驗(yàn)收測試標(biāo)準(zhǔn)的爭論，柳南電氣化改造工程從柳州進(jìn)德至黎塘區(qū)段利用既有柳南客專GSM-R 基站結(jié)合新建光纖直放站掛載漏纜進(jìn)行信號覆蓋，黎塘至南寧區(qū)段新設(shè)基站覆蓋的單層網(wǎng)絡(luò)，存在著并線、交叉、樞紐、新建線等情況，需要有關(guān)單位協(xié)調(diào)配合認(rèn)真加以解決。

4 結(jié)束語

柳南電氣化改造工程無線GSM-R 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)通過驗(yàn)收，為將來路內(nèi)其他電氣化改造線、新建及增建普鐵線路的GSM-R 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了一定的啟示和參考經(jīng)驗(yàn)，我們建議宜盡早制定專門針對電氣化改造線路、新建及增建線路與既有高鐵、客專線路共并線的GSM-R網(wǎng)絡(luò)建設(shè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為更好地促進(jìn)鐵路安全運(yùn)輸提供保證。